Développement de sources supercontinuum fibrées visible proche-infrarouge en tomographie optique cohérente

Development of low-noise visible near-infrared fiber-based supercontinuum source

• Auteur / Autrice : Etienne Genier
• Direction : Thibaut Sylvestre, John Michael Dudley
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et photonique
• Date : Soutenance le 26/11/2020
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Maxime Jacquot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thibaut Sylvestre, Maxime Jacquot, Arnaud Mussot, Alexander Heidt, Ole Bang, Mariusz Klimczak, Patrick Bowen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Arnaud Mussot, Alexander Heidt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristaux photoniques

Optique non linéaire

Mots clés libres

Supercontinuum

Regime de dispersion normal

Fibre à cristaux photoniques

Bruit

Oct

Dispersion normale

Supercontinuum

All-Normal dispersion

Fiber

Noise

Oct

All normal dispersion

Résumé

Cette thèse de doctorat porte sur le développement d'une source supercontinuum fibrée, visible proche-infrarouge faiblement bruitée. Nous apportons une description complète tant théorique, numérique qu'expérimentale sur la génération de supercontinuum cohérent dans des fibres à cristaux photoniques à maintien de polarisation et à dispersion normale. En exploitant des simulations numériques, nous démontrons que les conditions pour obtenir une source supercontinuum à faible bruit sont extrêmement restrictives. Cette restriction varie en fonction du bruit technique du laser : bruit d’amplitude, de phase et de durée d’impulsion. De plus, la durée d’impulsion du laser est un paramètre important qui supprime ou accentue la présence de diffusion Raman stimulée. Grâce à une étude exhaustive de l’impact de la polarisation d’entrée sur la génération du spectre supercontinuum, nous avons démontré, pour la première fois à notre connaissance, la possibilité de générer de la modulation d’instabilité croisée en phase. De plus, nous présentons divers systèmes de génération de supercontinuum cohérent utilisant des lasers femtoseconde disponible dans le commerce. Finalement, nous démontrons que certains de nos sytèmes cohérents possèdent un bruit relatif d'intensité extrêmement faible et particulièrement un qui à notre connaissance est le moins bruité existant actuellement. Ce manuscrit présente donc une étude approfondie de la génération de source supercontinuum faiblement bruitée en régime de dispersion normale et a amené au développement de plusieurs prototypes utilisables pour le biomédical ou la métrologie.

This Ph.D thesis focuses on the development of a low-noise visible near-infrared fiber-based supercontinuum source. Firstly, we give a complete theoretical, numerical and experimental description of coherent supercontinuum generation in polarization-maintaining fiber all-normal dispersion photonic crystal fiber. Then, exploiting several numerical simulations, we demonstrate a short available parameter space to obtain a low-noise supercontinuum source. This parameter space is extremely limited by the technical laser noise such as amplitude noise, phase noise, and pulse duration noise. The limiting factor is mainly the input pulse duration of the laser which can induce the generation of stimulated Raman scattering components for long pulse duration. Via a detailed experimental and numeral analysis of the impact of input polarization on supercontinuum generation, we present, for the first time to our knowledge, the possibility to generate cross-phase modulation instability in an all-normal dispersion polarization-maintaining fiber. Finally, we display different all-normal dispersion supercontinuum generation systems using commercially available femtosecond seed laser. Finally, using different noise measurement setups, we demonstrate that we obtained the lowest noisy all-normal dispersion supercontinuum spectrum. Our works represent a fundamental study of low-noise supercontinuum generation in all-normal dispersion fiber and lead to the development of industrial system for biomedical and metrology applications.